Измерения при индукционном каротаже производятся с помощью спускаемого в скважину глубинного прибора, состоящего из индукционного зонда и электронной схемы (рис. 48,а). В наиболее простом виде индукционный зонд содержит две катушки (двухкатушечный индукционный зонд): генераторную (возбуждающую) Г и измерительную И, расположенные на определенном расстоянии друг от друга на непроводящем стержне. Электронная схема прибора обеспечивает питание генераторной катушки постоянным по величине переменным током высокой частоты — 20—80 кГц, усиление и преобразование сигнала измерительной катушки. Переменный ток, протекающий по генераторной катушке, создает переменное магнитное поле H1 (прямое или первичное), индуцирующее в окружающих породах вихревые токи. В однородной среде силовые линии тока представляют собой окружности с центром по оси скважины (если ось глубинного прибора совпадает с осью скважины). Эти токи в свою очередь создают переменное магнитное поле в породе, называемое вторичным H2 (рис. 48.6). Переменные магнитные поля H1 и H2 индуцируют ЭДС Е1 и Е2 в приемной катушке. Из них ЭДС Е1 является помехой и компенсируется вводом в цепь приемной катушки ЭДС Ек, равной ей и противоположной по фазе. Остающаяся в цепи измерительной катушки ЭДС Е2 подается в измерительный преобразователь для усиления и преобразования, после чего по жиле кабеля посылается на поверхность, где и записывается регистрирующим прибором.

Для проверки компенсации ЭДС прямого поля Е1 перед проведением измерений скважинный прибор устанавливают на высоте 1—1,5 м от поверхности земли в удалении от металлических предметов и фиксируют на диаграмме положение «нуль в воздухе». При полной компенсации ЭДС E1 наблюдаемый в воздухе сигнал (ρп =∞) должен быть равен нулю, практически он может достичь 20 мСм/м и компенсируется при градуировании на поверхности.

Электродвижущая сила вторичного поля Е2 в проводящей среде мала по сравнению с ЭДС прямого поля (Е2 составляет несколько процентов или доли процента от Е1), поэтому выделить и измерить ее трудно. Следует также учитывать, что индуцируемая вторичным магнитным полем Е2 имеет как активную составляющую, тесно связанную с электропроводностью среды, так и реактивную (сдвинутую на 90°), обусловленную магнитными свойствами среды. Если среда характеризуется очень высокой электропроводностью, то возбуждаемые в ней вихревые токи значительны и взаимодействие магнитных полей вихревых токов приобретает существенное значение.

Это приводит к снижению сигнала, регистрируемого прибором индукционного каротажа, и к отставанию активного сигнала от повышения электропроводности. Такое явление известно под названием скин-эффекта.

Реактивная составляющая ЭДС значительно меньше активной и только в высоко проводящей среде (ρп≤2 Ом·м) достигает больших величин. Для компенсации реактивной составляющей ЭДС и выделения активной пользуются фазочувствительными схемами. Решение этой задачи упрощается тем, что магнитная проницаемость осадочных пород, слагающих разрезы нефтяных и газовых районов, и промывочной жидкости обычно мало отличается от единицы. Исключение составляет лишь промывочная жидкость большой плотности, утяжеление которой достигнуто путем добавок магнетита. Такая жидкость имеет значительную магнитную восприимчивость.

Картинка

Амплитуда тока в генераторной катушке в процессе замера поддерживается неизменной. Поэтому сила вихревых токов, возникающих в окружающей среде, и соответственно Е2, наведенная вторичным полем в измерительной катушке, в первом приближении пропорциональны электропроводности горных пород σп:

Картинка

Кривая, зарегистрированная по стволу скважины, должна характеризовать изменение удельной электропроводности пород в разрезе.

Так как среда, окружающая прибор, неоднородна, замеренная величина электропроводности характеризует кажущуюся проводимость σк, как и в случае замера кажущегося удельного сопротивления ρк. Для расчета σк, получаемой при индукционном каротаже, необходимо учесть эффект распространения электромагнитных колебаний и их затухание, что в общем случае является сложной задачей. В упрощенном варианте решение этой задачи, выполненной С. Г. Комаровым с использованием приближенной теории индукционного каротажа Г. Г. Долля, взаимное влияние вихревых токов в горной породе (эффект распространения электромагнитных волн в проводящей среде) не учитывается.

Ток, проходящий по генераторной катушке, изменяется по закону I = I0sin2πft, где I0— амплитуда тока; f — частота тока; t — время. Этот ток создает первичное переменное магнитное поле (см. рис. 48,6). В результате в условных элементарных кольцах индуцируется вторичное магнитное поле. ЭДС E2, индуцируемая в приемной катушке вторичным магнитным полем, равна сумме сигналов от элементарных колец, на которые условно разбивается все пространство:

Картинка

где е — ЭДС, индуцируемая в элементарном кольце приемной катушки; g — геометрический фактор элементарных колец, на которые разбивается пространство цилиндрическими поверхностями радиусом г и горизонтальными плоскостями с расстоянием z от центра зонда; Kи — коэффициент зонда.

Центры элементарных колец расположены на оси зонда.

Как следует из (11.14), ЭДС Е2 находится в противофазе (на это указывает знак минус) с током, питающим генераторную катушку, и является по отношению к нему активной составляющей. Фаза ЭДС Е1, индуцируемая вторичным магнитным полем, отличается от фазы питающего тока на 90°. Амплитудное значение ЭДС, индуцируемой в приемной катушке вторичным магнитным полем, будет

Картинка

Сумма геометрических факторов элементарных колец для неограниченной среды при неучете скин-эффекта (геометрический фактор неограниченной среды) G=

Картинкаg=1. Следовательно, Е0Иσп, или σп0И, на практике измеряется не ЭДС

Е0, а величина сигнала, ей пропорциональная, Ес = СЕ0, где С — коэффициент пропорциональности. И тогда определяем удельную электропроводность однородной среды

Картинка

где Кс — коэффициент для перехода от величины сигнала к σп.

Так как среда, окружающая прибор, неоднородна, то замеренная величина электропроводности характеризует кажущуюся проводимость σк, как и в случае замера кажущегося удельного сопротивления ρк. В результате измерений величину сигнала Ес определяют следующим образом:

Картинка

Коэффициент Кс выбирается с таким расчетом, чтобы в однородной среде σк соответствовала σп.

Для получения более точных данных об удельной электрической проводимости пород в зонд кроме двух главных катушек включают несколько дополнительных генераторных и измерительных катушек, называемых фокусирующими (фокусирующий индукционный зонд). При измерении фокусирующим зондом наблюдаемый сигнал представляет собой алгебраическую сумму сигналов всех пар генераторных и приемных катушек. Назначение дополнительных катушек —в комплексе с главными катушками уменьшить влияние промывочной жидкости, зоны проникновения и вмещающих пород на величину кажущейся проводимости, а также увеличить глубинность исследования. Длина L зонда ИК соответствует расстоянию между главными генераторной и измерительной катушками. Например, длина шестикатушечного фокусирующего зонда L = 1 м, он обозначается шифром 6Ф1; восьмикатушечный фокусирующий зонд L =1,4 м обозначается шифром 8И1,4.

Картинка

В ИК за единицу удельной электропроводности принимают 1/(Ом·м) или См/м. На практике пользуются более мелкой единицей, тысячной долей См/м— мСм/м. При этом породам с удельным сопротивлением 10, 100, 1000 Ом·м будут соответствовать удельные электропроводности 100, 10 и 1 мСм/м.

Кривая кажущихся удельных проводимостей в индукционном каротаже регистрируется в линейном масштабе (рис. 49). Она соответствует перевернутой кривой кажущихся сопротивлений в практически гиперболическом масштабе. В связи с этим в области низких удельных сопротивлений кривая оказывается растянутой, а в области высоких сопротивлений — сжатой по сравнению с кривыми, записанными в обычном масштабе сопротивлений. Благодаря этому усиливается дифференциация кривой против пород, имеющих низкое удельное сопротивление, и происходит сглаживание ее против пород с высоким удельным сопротивлением. На кривой ИК более наглядно, чем на кривых сопротивлений, выделяется область переходной зоны (ПЗ) (см. рис. 49).

Комментариев к статье: 1..
[ Добавить ] комментарий
Поля с пометкой * обязательны для заполнения

*Ваше имя
  Ваш сайт  
  Ваш город
*Ваше сообщение

Код подтверждения
*Код с картинки   @
код на картинке содержит только цифры (0..9) и буквы англ. алфавита (A..Z)